[发明专利]太阳能热水器

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热水器，特别是整体收集存储式太阳能热水器。

背景技术

能供热水的太阳能加热器已很普通并已在市场上供售多年。这种加热器具有一个收集器依靠它太阳能能被用来加热水，和一个容器用来存储加热的水。收集器和存储容器可以分开或集合成一个单元—“整体收集存储加热器”。

最简单的整体收集存储加热器包括一个设有黑色能量吸收表面的水箱，该黑面设在水箱的顶部，通过一个透明的盖接受太阳能的辐射，水箱的底部和侧边都被绝热。采用这种装置，在有阳光的时候，输入水箱内的冷水能被加热并在需供热水时可被取出。整体收集存储的构造虽然简单，但在世界上大部分地方都多采用收集器和存储容器分开的热水器。

过去整体收集存储加热器的效能受到限制是由于(i)通过透明盖的比较大的夜间热损失，(ii)当吸能表面从上面加热时水的热分层现象，(iii)需要对热水供应加压。第一个问题即控制夜间的热损失已可由透明绝热材料的供售而大部分得到解决(A.Goetzberger & M.Rommel文，见1987年9月“太阳能”杂志211-219页)。另外两个问题仍然存在，其解决方案构成本发明的一部分。

第二个问题即当从上面加热时水的热分层现象来自当前市售的整体收集加热器，因为它必需倾斜地朝着太阳并装在具有斜度的屋顶上，总是采用不透明的黑色的水箱吸热器表面。这一点与限制在近乎水平状态下工作的太阳能池热水器不同。采用不透明的吸热器表面当然会知道最好采用金属水箱，因为它能对内部的液体压力提供良好的结构支撑并能敷设可选用的表面来减少辐射的热损失。另外，与塑料不同，金属材料不会在水箱吸热器壁内引入显著的热阻力。

第三个问题即需要对热水供应加压通常是在采用管状水箱或在某些情况下采用热交换器时提出的(P.T.Tsilingiris文，见1997年6月“太阳能”杂志245-256页)。但热交换器会增加单元的费用并且当该单元倾斜时并不能消除作用在水箱内壁上的静水压力。

除了将可选用的表面敷设到太阳能收集器的吸热器上所需的费用外，太阳能热水器的总的高昂费用可以想像地也会妨碍许多家庭来安装这种系统。因此需要有一种在价格上更能与采用其他形式能源的热水器竞争的太阳能热水器。特别是当人们考虑到采用太阳能有利于环保时更为需要。

本发明的综述

本发明的目的是要提供一种太阳能热水器，它能以比现有热水器低的成本制造出来，并且至少与现有热水器同样有效。本发明的一部分为一个利用低费用材料和低费用制造过程的加热器的设计。

在第一方案中，本发明提供的太阳能热水器具有一个热绝缘的水室，该室有一吸收太阳能的内部底表面、和一个能透过太阳能辐射的顶、一个进水口、和一个出水口，其时所说顶能够承受所说加热器倾侧时所说室内液体的压力。

在第二方案中，本发明提供的太阳能热水器具有：一个热绝缘的充有液体的室，该室有一能吸收太阳能的内部底表面、和一个能透过太阳能辐射的顶，其时所说顶能够承受所说加热器倾侧时所说室内液体的压力；和一个延伸通过所说室的至少一部分的管状热交换器，所说热交换器在所说室之外有一进水口和一出水口。

上述热水器可比拟作用透明层覆盖的太阳能池。太阳能池加热器比一般具有不透明(黑)顶的加热器的效益高早就在文献中提到过(例如可见1970年在澳大利亚Melbourne的ISES会议上I.Tanishita的论文“顶上具有透明的和黑色的塑料膜的水枕加热器”)。但本加热器由于结构上的特点，使它能在倾斜的状态而不是在水平的状态下使用，同时仍旧保留极简单的构造，因此这种加热器能够在倾斜的表面上如建筑物的屋顶上使用。另外加热器倾侧后能更多地接受太阳的辐射，特别是在冬季，因为太阳会以较大的投射面积照到收集器上。水箱采用透明的顶表面的效益将在下面详细说明，但这里可先提一下，水室在采用透明的顶表面后能显著地减少顶表面的温度(热损失)和水被煮沸的倾向，从而可克服早先公认的问题(ii)。

上述热水器还与另一种采用透明室的加热器不同，在那种加热器内用一种变黑的液体流动通用该室，如同在德国专利2608302号“接受太阳能的方法和装置”中所说明的那样。该设计并没有把从太阳吸收的能量存储在透明室内，而是采用一个具有连续液体循环的外部热交换器将能量转移给第二液体。该设计不像整体收集存储思想那样具有简单的本质可以不需任何特殊的液体和强制的液体循环。